數(shù)字電視發(fā)射機激勵器電路技術(shù)分析

任立君 李艷華 王秋松（內(nèi)蒙古新聞出版廣電局阿爾山768發(fā)射臺，內(nèi)蒙古 興安盟阿爾山 137800）

數(shù)字電視發(fā)射機激勵器電路技術(shù)分析

任立君 李艷華 王秋松
（內(nèi)蒙古新聞出版廣電局阿爾山768發(fā)射臺，內(nèi)蒙古 興安盟阿爾山 137800）

摘 要：數(shù)字激勵器的信號處理方式不同于模擬激勵器，數(shù)字激勵器在處理輸入的TS信號時，需要把輸入信號轉(zhuǎn)換為正交數(shù)字基帶信號，然后進行均衡處理和線性預(yù)校正，處理后的信號再轉(zhuǎn)換回模擬基帶信號，經(jīng)調(diào)制在RF載波頻點處經(jīng)功率放大器放大輸出。

關(guān)鍵詞：編碼器；數(shù)字均衡器；數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正

數(shù)字電視發(fā)射機的激勵器通過信道編碼、調(diào)制和上變頻等手段，提高了信號的抗干擾能力，確保了傳輸信號的穩(wěn)定收發(fā)。輸入激勵器的傳輸碼流是MPEG - 2 TS，經(jīng)編碼器信道編碼和數(shù)字調(diào)制器調(diào)制后的標準輸出中頻信號通過上變頻至RF載波頻道。數(shù)字激勵器采用中頻自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)改善了互調(diào)失真指標，提高了功放系統(tǒng)的效率，實現(xiàn)了整機系統(tǒng)的自動調(diào)整，確保了發(fā)射機能夠高效穩(wěn)定的運行。數(shù)字激勵器由對數(shù)字TS流進行編碼的編碼器電路，對數(shù)字基帶信號進行預(yù)校正和數(shù)/模轉(zhuǎn)換的數(shù)字均衡器電路，調(diào)制器電路，產(chǎn)生RF載波的頻率合成器電路和控制電路等組成。電路工作框圖如圖1所示。

一、數(shù)字激勵器構(gòu)成

1 編碼器

數(shù)字激勵器編碼器起到3個方面的作用。一是糾錯編碼，二是按要求的標準進行調(diào)制，三是延時控制。主要功能是對輸入的數(shù)字碼流進行信道編碼（糾錯編碼）?？紤]到雷電、電器電火花等對發(fā)射的調(diào)制信號信道造成的干擾，及移動接收信號時的多普勒效應(yīng)干擾，同模擬信號相比，數(shù)字信號的抗干擾能力要求更高。

編碼器使用FEC編碼技術(shù)（前向糾錯編碼）。FEC糾錯能力較強，接收端接收碼字解碼后，容易發(fā)現(xiàn)錯誤，同時能夠找出錯誤碼元處在的位置，進行自動調(diào)整糾錯，F(xiàn)EC編碼技術(shù)實時性強，無需反饋糾錯信息，因此這種信道編碼方式在單向傳輸?shù)膹V播系統(tǒng)中被廣泛采用。但在發(fā)生突發(fā)性連串錯誤編碼時，F(xiàn)EC編碼技術(shù)不能很好的處理，為了對付大面積突發(fā)性的誤碼，編碼器還使用了交織編碼技術(shù)。交織編碼是指已經(jīng)編碼的信號按照要求的規(guī)則進行重新排列，這樣在不需要增加額外的糾錯碼字的前提下，那些成串的誤碼就能夠被分散開，經(jīng)過交織的編碼類似于獨立的隨機錯誤。

數(shù)字編碼器按照不同的標準采取相應(yīng)的調(diào)制技術(shù)。當數(shù)字激勵器用于DVB-T標準時，一般使用COFDM調(diào)制技術(shù)。這是一種在字符間添加了保護間隔的多載波調(diào)制技術(shù)，由于增加了保護間隔，它克服了多徑傳輸?shù)母蓴_。模擬發(fā)射在提高覆蓋范圍時，只能依靠提高發(fā)射機功率和天線高度及增加頻率來實現(xiàn)，具有很大的浪費。采用數(shù)字技術(shù)發(fā)射可以通過建立SFN（單頻網(wǎng)）來增加覆蓋，建立SFN（單頻網(wǎng)）就采用COFDM這種調(diào)制方式。COFDM多載波調(diào)制技術(shù)通常采用兩種模式（2K 、8K）；QPSK、16QAM、64QAM三種調(diào)制方式；1/4 、1/8 、1/16 、1/32四種保護間隔。子載波的產(chǎn)生不同于傳統(tǒng)模擬方式依靠頻率合成器完成，信號中的字節(jié)通過映射產(chǎn)生I、Q符號，該符號為基帶信號且相互正交，之后通過快速IFFT反向傅立葉變換產(chǎn)生子載波。

數(shù)字電視發(fā)射機建立SFN（單頻網(wǎng)）時，需要參加的全部發(fā)射機的時間和頻率同步一致。這需要通過激勵器編碼器進行延時控制實現(xiàn)。激勵器編碼器實施延時控制是通過接收GPS的1PPS（秒脈沖）和參考頻率（10MHz）鎖相同步來實現(xiàn)。

2 數(shù)字均衡器

數(shù)字電視信號要求發(fā)射機功放系統(tǒng)必須有較好的線性，當前改善功放系統(tǒng)線性度比較成熟的方法是在數(shù)字激勵器中加入預(yù)校正技術(shù)和均衡技術(shù)。數(shù)字激勵器的均衡器包括線性均衡器和群時延均衡器。數(shù)字均衡器主要有兩個功能，一個功能是預(yù)校正數(shù)字I、Q基帶信號的電平（相位、頻響），另一個功能是將數(shù)字I、Q基帶信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，同時送入調(diào)制器進行變頻轉(zhuǎn)換。

均衡器補償數(shù)字電視發(fā)射機的各部分產(chǎn)生的線性總失真，線性失真包括相位線性失真和幅度線性失真。發(fā)射機產(chǎn)生線性失真的主要器件是功放系統(tǒng)的輸入/輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和腔體及射頻濾波器。這些器件產(chǎn)生的頻響成為復(fù)頻響，都需要對其幅度和相位進行均衡。均衡器輸出的頻響與發(fā)射機各部分的總頻響呈復(fù)數(shù)共軛的函數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，當發(fā)射機的復(fù)頻響與均衡器產(chǎn)生的頻響函數(shù)相乘后，發(fā)射機的線性失真將下降至滿足標準要求的水平。理想的頻響是一個常數(shù)和頻率無關(guān)。群時延就是相位相對于頻率的失真，是指不同頻率的信號在通過整個信號帶寬范圍時產(chǎn)生不同的時延。理想的群時延也是一個常數(shù)和頻率無關(guān)。補償群時延失真的辦法通常是采用兩個數(shù)字均衡濾波器用于高頻和低頻補償。

3 調(diào)制器

數(shù)字激勵器調(diào)制器的功能是把經(jīng)過COFDM調(diào)制并進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后的兩路I、Q正交信號和頻率合成器輸出的視頻載波信號進行混頻、變頻成一路射頻輸出。

4 頻率合成器

頻率合成器的主要功能為輸出調(diào)制需要的視頻載波本振信號頻率，為單頻網(wǎng)提供參考時間和參考頻率。載波頻率的產(chǎn)生通過PLL（鎖相環(huán)頻率合成器）完成。PLL回路包括一個恒溫VCXO（壓控晶體振蕩器），帶寬為10MHz。輸出的每個頻率都與10MHz基準頻率同步，10MHz基準頻率的頻率精度較高，較高的頻率精度可降低噪聲和確保短期的穩(wěn)定性。

5 控制電路

數(shù)字激勵器一般都配有可實現(xiàn)遠程遙控的RS232接口，同時安裝以工控機為核心的控制處理單元。控制處理單元提供了發(fā)射機當前的運行狀態(tài)信息、故障報警信息、參數(shù)配置信息、發(fā)射機的開啟與關(guān)閉及歷史記錄等信息。通過操控工控機可以顯示功放系統(tǒng)內(nèi)部各功放模塊的實時狀態(tài)，控制單元通過外接傳感器監(jiān)測發(fā)射機各裝置，管理發(fā)射機的全部操作。

二、中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正技術(shù)

自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正技術(shù)（DAP）可將發(fā)射機在啟動后的數(shù)分鐘之內(nèi)將發(fā)射機性能調(diào)整至最佳狀態(tài)，它不需要外界人工干預(yù)，同時自適應(yīng)系統(tǒng)通過實時監(jiān)控發(fā)射機的運行狀態(tài)來自動校正產(chǎn)生的波動，確保了發(fā)射機輸出的信號始終保持較高指標和穩(wěn)定的狀態(tài)，也方便了用戶的維護。采用自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正電路大大改善了數(shù)字電視發(fā)射機AB類功放系統(tǒng)的性能，提高了發(fā)射機的效率。數(shù)字電視發(fā)射機的關(guān)鍵性技術(shù)問題還是功放系統(tǒng)的線性問題，數(shù)字電視信號的調(diào)制都采用多載波方式，如果功放的線性差，在互調(diào)失真較大時就會導(dǎo)致嚴重的帶內(nèi)干擾或鄰頻帶干擾，在解調(diào)時因互調(diào)失真導(dǎo)致接收的信號質(zhì)量很差。當前采用最廣泛的技術(shù)是中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正技術(shù)，它具有精度準確、線性度好、易于電路集成模塊化的優(yōu)點。

中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正針對發(fā)射機功放系統(tǒng)進行校正，它的原理是預(yù)先制定一個理想的補償曲線，曲線的幅度——幅度、相位——幅度與功率放大器系統(tǒng)的響應(yīng)互補，功率放大器和預(yù)校正器級聯(lián)后就變成了理想的線性放大系統(tǒng)。已調(diào)制的中頻信號經(jīng)過限幅器后進行線性均衡和非線性預(yù)校正，在處理的過程中反復(fù)進行數(shù)字信號處理，功放系統(tǒng)輸出端反饋回來的解調(diào)信號也被送入數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元按照一定的規(guī)則實時調(diào)整均衡器和非線性校正器的工作參數(shù)，來獲取補償曲線參數(shù)以抵消功放系統(tǒng)的響應(yīng)，降低三階互調(diào)失真和五階互調(diào)失真的影響，改善了功放的線性度。自適應(yīng)數(shù)字中頻預(yù)校正原理如圖2所示。

中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正器工作時首先進行信號限幅選擇，選擇合適的幅度來降低信號的峰值--平均值之比，同時清除掉數(shù)字信號處理時產(chǎn)生的臺肩，降低了因功率器件質(zhì)量劣化造成的功率回退。限幅后的信號進行自適應(yīng)線性均衡器的選擇，用來校正發(fā)射機無源器件（功率合成器、諧振腔和濾波器）產(chǎn)生的線性失真。然后進入幅度相位的非線性預(yù)校正環(huán)節(jié)，解調(diào)功放輸出端反饋回的射頻信號，經(jīng)數(shù)字信號處理后產(chǎn)生中頻數(shù)字復(fù)信號作為反饋信號和進行線性均衡后的信號一起被計算處理得出當前的校正量。進行非線性預(yù)校正處理后的信號通常還要限幅，如果幅度小于設(shè)定的門限時不處理，大于門限時，取門限值。一般還要采用限幅濾波器來濾除限幅造成的帶外產(chǎn)物，使其降低到限幅處理以前的帶外產(chǎn)物信號電平狀態(tài)。

采用中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正技術(shù)后，一般在頻譜臺肩處可以提高約10dB，增加了功放的線性區(qū)間范圍，降低了鄰頻道干擾，有效解決了因功率回退導(dǎo)致的輸入功率增加的問題，提高了接收效果。

結(jié)語

數(shù)字激勵器輸入數(shù)字信號TS流，采用數(shù)字處理技術(shù)和數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)，提高了信號的抗干擾能力，保證了數(shù)字電視信號能正確地傳輸和接收。

參考文獻

[1]顧明良.數(shù)字電視發(fā)射機激勵器淺析以及實驗設(shè)計[D].西安理工大學(xué)， 2006.

中圖分類號：TN948

文獻標識碼：A